《模电场效应光》PPT课件.ppt

1、1.4 场效应管,图1-1 结型场效应管的结构示意图和符号,一. 结构,1.4.1 结型场效应管,N沟道JFET，是在一根N型半导体棒两侧通过高浓度扩散制造两个重掺杂P+型区，形成两个PN结，将两个P+区接在一起引出一个电极，称为栅极(Gate)，在两个PN结之间的N型半导体构成导电沟道。在N型半导体的两端各制造为源极(Source)，接收端称为漏极(Drain)。在JFET中，源极和漏极是可以互换的,如果在栅极和源极之间加上负的电压UGS，而在漏极和源极之间加上正的电压UDS，那么，在UDS作用下，电子将源源不断地由源极向漏极运动，形成漏极电流ID。因为栅源电压UGS为负，PN结反偏，在栅源

2、间仅存在微弱的反向饱和电流，所以栅极电流IG0，源极电流IS=ID。这就是结型场效应管输入阻抗很大的原因,二. 工作原理,a) UGS =0，沟道最宽，ID最大,1. UGS对导电沟道的影响,图1-2 UGS 对导电沟道影响示意图,b) UGS负压增大，沟道变窄， ID减小,图1-2 UGS 对导电沟道影响示意图,c) UGS负压进一步增大，沟道夹断， ID =0,图1-2 UGS 对导电沟道影响示意图,UGS=夹断电压UP,为了使输入阻抗大(不允许出现栅流iG)，也为了使栅源电压对沟道宽度及漏极电流有效地进行控制，PN结一定要反偏，所以在N沟道JFET中，uGS必须为负值,2. UGS =0

3、时UDS对导电沟道的影响,图 1-3 UDS对导电沟道和ID的影响,1. 转移特性曲线,图1- 4 N沟道结型场效应管的转移特性曲线,三. 特性曲线,2. 输出特性曲线,图1-5 N沟道结型场效应管的输出特性,根据工作情况, 输出特性可划分为4个区域, 即: 可变电阻区、 恒流区、击穿区和截止区,1. 可变电阻区 当uDS很小，|uDS-uGS|UP|时，即预夹断前(如图所示)，uDS的变化直接影响整个沟道的电场强度，从而影响iD的大小。所以在此区域，随着uDS的增大， iD增大很快。 与双极型晶体管不同，在JFET中，栅源电压uGS对iD上升的斜率影响较大，随着|uGS|增大，曲线斜率变小，

4、说明JFET的输出电阻变大。如图1-5所示,2.恒流区 恒流区相当于双极型晶体管的放大区。其主要特征为： (1)当UPUGS0时，uGS变化，曲线平移，iD与uGS符合平方律关系， uGS对iD的控制能力很强,2)UGS固定，uDS增大，iD增大极小。说明在恒流区，uDS对iD的控制能力很弱。这是因为，当uDS较大时，UDG增大，靠近漏区的PN结局部变厚，当 |uDS-uGS|UP| 时，沟道在漏极附近被局部夹断(称为预夹断)，如图所示。此后， uDS再增大，电压主要降到局部夹断区，而对整个沟道的导电能力影响不大。所以uDS的变化对iD影响很小,3. 截止区 当|UGS|UP|时，沟道被全部夹

5、断，iD=0，故此区为截止区。若利用JFET作为开关，则工作在截止区，即相当于开关打开。 4.击穿区 随着uDS增大，靠近漏区的PN结反偏电压uDG(=uDS-uGS)也随之增大,1.4.2 绝缘栅场效应管,一. N沟道增强型MOS场效应管 1. 结构,图 1-6 N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图,2. 工作原理,图 1-7 UGSUT时形成导电沟道,ID0是uGS=2UT时的iD,3. 特性曲线,图1-8 N沟道增强型MOS场效应管的特性曲线,二. N沟道耗尽型MOS场效应管,图 1-9 N沟道耗尽型MOS管的结构示意图,图 1-10 N沟道耗尽型MOS场效应管的特性曲线,图 3-11

6、 MOS场效应管电路符号,表3-1 各种场效应管的符号和特性曲线,表1-1,续表,1.4.3 场效应管的主要参数,一. 直流参数 1. 饱和漏极电流IDSS （耗尽型和结型） 定义是当栅源之间的电压UGS等于零, 而漏、源之间的电压UDS大于夹断电压UP时对应的漏极电流,2. 夹断电压UP （耗尽型和结型） 其定义为当UDS一定时,使ID减小到某一个微小电流(如50A)时所需的UGS值,3. 开启电压UT (增强型) UT是增强型场效应管的重要参数, 它的定义是当UDS一定时, 漏极电流ID达到某一数值(例如10A)时所需加的UGS值,4. 直流输入电阻RGS RGS是栅、源之间所加电压与产生

7、的栅极电流之比。由于栅极几乎不索取电流, 因此输入电阻很高。 结型为106 以上, MOS管可达1010以上,二. 交流参数 1. 低频跨导gm,跨导gm的单位是mA/V。它的值可由转移特性或输出特性求得,三. 极限参数 1. 漏极最大允许耗散功率PDm PDm与ID、UDS有如下关系,这部分功率将转化为热能, 使管子的温度升高。PDm决定于场效应管允许的最高温升,2.漏、源间击穿电压U（BR）DS 在场效应管输出特性曲线上, 当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的UDS。工作时外加在漏、源之间的电压不得超过此值,3. 栅源间击穿电压U（BR）GS 结型场效应管正常工作时, 栅、源之间的PN结

8、处于反向偏置状态, 若UGS过高, PN结将被击穿。 对于MOS场效应管, 由于栅极与沟道之间有一层很薄的二氧化硅绝缘层, 当UGS过高时, 可能将SiO2绝缘层击穿, 使栅极与衬底发生短路。这种击穿不同于PN结击穿, 而和电容器击穿的情况类似, 属于破坏性击穿, 即栅、 源间发生击穿, MOS管立即被损坏,1.4.4 场效应管的特点,1) 场效应管是一种电压控制器件, 即通过UGS来控制ID。 (2) 场效应管输入端几乎没有电流, 所以其直流输入电阻和交流输入电阻都非常高。 (3) 由于场效应管是利用多数载流子导电的, 因此, 与双极性三极管相比, 具有噪声小、受幅射的影响小、热稳定性较好而且存在零温度系数工作点等特性,4) 由于场效应管的结构对称, 有时漏极和源极可以互换使用, 而各项指标基本上不受影响, 因此应用时比较方便、 灵活。 (5) 场效应管的制造工艺简单, 有利于大规模集成。 (6) 由于MOS场效应管的输入电阻可高达1015, 因此, 由外